THIẾT KẾ MẠCH TRỪ 2 SỐ NHỊ PHÂN 4 BIT HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN LED 7 THANH Đối tượng nghiên cứu là mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Đầu vào là hai số nhị phân 4 bit, giá trị của các bit được điều khiển thông qua các switch. Kết quả đầu ra được hiển thị trên led 7 thanh và 1 đèn led báo giá trị âm hay dương của phép trừ. Tính toán, thiết kế sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Chế tạo sản phẩm mạch in, chạy thử nghiệm sản phẩm mạch trừ hai số nhị phân 4 bit hiển thị kết quả trên led 7 thanh. Đánh giá sản phẩm và đề xuất hướng cải tiến và hướng phát triển sản phẩm.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Tính toán hệ thống
Mạch trừ bán phần là mạch trừ 2 số nhị phân 1 bit A và B xuất ra hiệu H và bit nhớ C
Bảng 2.1: Bảng chân lí mạch trừ bán phần
Sơ đồ mạch bán trừ bán phần:
Hình 2.1: Sơ đồ mạch trừ bán phần
Mạch trừ toàn phần, hay còn gọi là mạch trừ có nhớ, là loại mạch cho phép thực hiện phép trừ ba bit nhị phân, bao gồm A, B và Ci (bit nhớ từ phép tính trước).
Bảng 2.2: Bảng chân lí mạch trừ toàn phần
Sơ đồ mạch trừ toàn phần:
Mô phỏng và thiết kế
Mô phỏng bộ trừ bán phần:
Hình 2.3 Mô phỏng mạch trừ bán phần
Mô phỏng bộ trừ toàn phần:
Hình 2.4 Mô phỏng mạch trừ toàn phần
Mô phỏng mạch trừ hai số nhị phân 4 bit sử dụng các cổng logic
Hình 2.5 Mạch trừ hai số nhị phân 4 bit sử dụng các cổng logic
Chọn linh kiện
Tên linh kiện Số lượng
Bảng 2.3: Các linh kiện được sử dụng 2.3.1 IC 7483
Vi mạch tích hợp thực hiện phép cộng logic 4 bit hoàn chỉnh, cho phép người dùng chỉ cần cung cấp hai số 4 bit đầu vào cùng với nguồn cấp Điều này giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế mạch cộng 4 bit mà không cần phải kết nối các mạch phức tạp như trong sơ đồ truyền thống.
Hình 2.7 Sơ đồ chân IC 7483
IC 7483 có điện áp hoạt động danh nghĩa là 5V và điện áp tối đa là 5,5V Độ trễ truyền đầu ra của IC này là 16ns Ngoài ra, điện áp thấp đầu vào tối đa là 0,8V, trong khi điện áp cao đầu vào tối thiểu là 2V.
Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật IC 7483
Cấu tạo bên trong ic số CD4077 có 4 cổng logic XNOR, mỗi cổng có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra
Hình 2.9 Sơ đồ chân IC CD4077
Thông số kĩ thuật IC CD4077 Điện áp hoạt động IC Từ +4,75V đến +5,25V
Dòng điện tối đa ở đầu ra 8mA
Dãy bảo vệ ESD tối đa cho IC 3,5kV
Thời gian tăng và giảm phổ biến cho IC 15nS
Nhiệt độ hoạt động 0°C đến 70°C
Bảng 2.5: Thông số kĩ thuật IC 4077 2.3.3 IC 7404
IC 7404 có sáu cổng NOT Các cổng NOT này thực hiện chức năng đảo ngược tín hiệu
Hình 2.11 Sơ đồ chân IC 7404
Thông số kĩ thuật IC 7404 Điện áp hoạt động 3V đến 15V
Nhiệt độ hoạt động -40°C đến 85°C
Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật IC 7404 2.3.4 IC 7408
IC 7408 có bốn cổng AND , mỗi cổng có hai đầu vào
Hình 2.13 Sơ đồ chân IC 7408
Thông số kĩ thuật IC 7408
Dải điện áp hoạt động +4,75V đến +5,25V Điện áp hoạt động được đề xuất +5V Điện áp nguồn tối đa 7V
Dòng điện tối đa ở đầu ra 8mA
Thời gian tăng điển hình 18ns
Thời gian giảm điển hình 18ns
Nhiệt độ hoạt động 0 ° C đến 70 ° C
Nhiệt độ bảo quản -65 ° C đến 150 ° C
Bảng 2.7: Thông số kĩ thuật IC 7408
Cấu tạo bên trong ic số 7432 có bốn cổng logic OR, mỗi cổng có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra
Hình 2.15 Sơ đồ chân IC 7432
Thông số kĩ thuật IC 7432
Số chân 14 Điện áp hoạt động 2V – 6V DC
Nhiệt độ hoạt động -40°C đến 125°C
Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật IC 7432
IC 7474 là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung IC
Chuyển đổi mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung là quá trình quan trọng trong việc hiển thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số Phương pháp này giúp loại bỏ sự cần thiết của vi điều khiển, đồng thời tiết kiệm chân cho các vi điều khiển khác.
Hình 2.17 Sơ đồ chân IC 7447
Bảng 2.9: Bảng chân lí IC 7447
Hình 2.19 Sơ đồ chân led 7 thanh
Thông số kĩ thuật led 7 thanh
Số chân 10 Điện áp rơi trên LED 2,2V
Dòng tối đa chạy qua mỗi LED 25mA
Dòng chạy bình thường 10mA
Bảng 2.10: Thông số kĩ thuật led 7 thanh
Số hiển thị trên led 7 đoạn
Mã hiển thị led 7 thanh dạng nhị phân dp g f e d c b a
Bảng 2.11: Bảng chân lí led 7 thanh 2.3.8 Một số linh kiện khác
Hình 2.20 Công tắc bit 4 số Hình 2.21 điện trở 220 ohm
Mô phỏng mạch trừ 2 số nhị phân 4 bit sử dụng ic tích hợp:
Hình 2.22 Mạch trừ 2 số nhị phân 4 bit sử dụng IC tích hợp
Hình 2.23 Sơ đồ mạch nguyên lí trên phần mềm proteus
Hình 2.24 Mạch in 2D trên phần mềm proteus
Hình 2.25 Mạch in 3D trên phần mềm proteus
CHẾ TẠO, LẮP RÁP, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG
Làm mạch
Các bước làm mạch thủ công:
Ngâm mạch và ăn mòn
Gắn linh kiện mà hàn board
Hình 3.2 Phíp đồng sau khi là
Hình 3.4 Khoan các lỗ trên mạch
Hình 3.5 Mạch hoàn chỉnh sau khi hàn linh kiện
Chạy thử nghiệm
Hình 3.6 Kết quả chạy thực nghiệm
TỔNG KẾT Đánh giá sản phẩm:
Mạch hoạt động ổn định và đáp ứng đúng yêu cầu, với thiết kế gọn nhẹ và linh hoạt, giúp giảm chi phí Trong quá trình thử nghiệm và mô phỏng trên máy tính, mô hình thực tế đã rút gọn nhiều linh kiện nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cao.
- Nhược điểm: Bố trí mạch chưa khoa học, thiết kế chưa mang tính công nghiệp Đề xuất hướng cải tiến và phát triển:
Hướng phát triển của dự án cho phép thay thế các linh kiện như IC điều khiển và IC giải mã bằng những linh kiện khác có sẵn trên thị trường, đảm bảo vẫn đáp ứng được nhu cầu của đề tài.
- Đề xuất cải tiến: sắp xếp các linh kiện hợp lí giúp đi dây dễ dàng hơn
Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã tích lũy nhiều kiến thức và tìm kiếm tài liệu bổ sung để hoàn thiện dự án Chúng em đã học cách thiết kế và lựa chọn linh kiện phù hợp với đề tài Việc hoàn thành đồ án kỹ thuật xung số này là nền tảng quan trọng cho các đồ án sau, như cơ điện tử và đồ án tốt nghiệp Mặc dù hệ thống hoạt động tốt theo yêu cầu, vẫn có một số sai sót trong quá trình vận hành Chúng em rất mong nhận được góp ý để cải thiện hệ thống hơn nữa Xin chân thành cảm ơn!